Einige der hellsten Objekte im Universum sind Quasare. Anstatt dass schwarze Löcher Materie verbrauchen, könnte es Objekte mit starken Magnetfeldern geben, die wie Propeller wirken und Materie zurück in die Galaxie schleudern.
Im fernen, jungen Universum erstrahlen Quasare in einer Brillanz, die von nichts im lokalen Kosmos übertroffen wird. Obwohl sie in optischen Teleskopen sternförmig erscheinen, sind Quasare tatsächlich die hellen Zentren von Galaxien, die Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt sind.
Der brodelnde Kern eines Quasars enthält derzeit eine Scheibe heißes Gas, die sich in ein supermassereiches Schwarzes Loch windet. Ein Teil dieses Gases wird in zwei gegenüberliegenden Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit gewaltsam nach außen ausgestoßen. Theoretiker bemühen sich, die Physik der Akkretionsscheibe und der Jets zu verstehen, während Beobachter Schwierigkeiten haben, in das Herz des Quasars zu blicken. Der zentrale „Motor“, der die Jets antreibt, ist schwer teleskopisch zu untersuchen, da die Region so kompakt ist und Erdbeobachter so weit entfernt sind.
Der Astronom Rudy Schild vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und seine Kollegen untersuchten den als Q0957 + 561 bekannten Quasar, der sich etwa 9 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbilds Ursa Major in der Nähe des Großen Wagens befindet. Dieser Quasar enthält ein zentrales kompaktes Objekt mit einer Masse von bis zu 3-4 Milliarden Sonnen. Die meisten würden dieses Objekt als "Schwarzes Loch" betrachten, aber Schilds Forschung legt etwas anderes nahe.
"Wir nennen dieses Objekt kein Schwarzes Loch, weil wir Beweise dafür gefunden haben, dass es ein intern verankertes Magnetfeld enthält, das direkt durch die Oberfläche des kollabierten zentralen Objekts dringt und mit der Quasarumgebung interagiert", kommentierte Schild.
Die Forscher wählten Q0957 + 561 wegen seiner Assoziation mit einer natürlichen kosmischen Linse. Die Schwerkraft einer nahe gelegenen Galaxie biegt den Raum, erzeugt zwei Bilder des entfernten Quasars und vergrößert sein Licht. Sterne und Planeten in der nahe gelegenen Galaxie beeinflussen auch das Licht des Quasars und verursachen kleine Helligkeitsschwankungen (in einem Prozess, der als "Mikrolinse" bezeichnet wird), wenn sie in die Sichtlinie zwischen Erde und Quasar driften.
Schild überwachte 20 Jahre lang die Helligkeit des Quasars und leitete ein internationales Beobachterkonsortium, das 14 Teleskope bediente, um das Objekt zu kritischen Zeiten rund um die Uhr im Auge zu behalten.
"Mit der Mikrolinse können wir von diesem sogenannten" Schwarzen Loch "auf zwei Dritteln des Weges zum Rand des sichtbaren Universums mehr Details erkennen als vom Schwarzen Loch in der Mitte der Milchstraße", sagte Schild.
Durch sorgfältige Analyse zog das Team Details über den Kern des Quasars heraus. Zum Beispiel haben ihre Berechnungen den Ort bestimmt, an dem sich die Jets bilden.
„Wie und wo bilden sich diese Jets? Selbst nach 60 Jahren Funkbeobachtung hatten wir keine Antwort. Jetzt sind die Beweise da und wir wissen es “, sagte Schild.
Schild und seine Kollegen fanden heraus, dass die Jets aus zwei Regionen mit einer Größe von 1.000 astronomischen Einheiten (etwa 25-mal größer als der Pluto-Sun-Abstand) zu stammen scheinen, die sich 8.000 astronomischen Einheiten direkt über den Polen des zentralen kompakten Objekts befinden. (Eine astronomische Einheit ist definiert als die durchschnittliche Entfernung von der Erde zur Sonne oder 93 Millionen Meilen.) Dieser Ort wäre jedoch nur zu erwarten, wenn die Jets durch Wiederverbinden von Magnetfeldlinien angetrieben würden, die an dem rotierenden supermassiven kompakten Objekt verankert waren innerhalb des Quasars. Durch die Wechselwirkung mit einer umgebenden Akkretionsscheibe spulen sich solche sich drehenden Magnetfeldlinien auf und wickeln sich immer enger, bis sie sich explosionsartig vereinigen, wieder verbinden und brechen und riesige Energiemengen freisetzen, die die Jets antreiben.
"Dieser Quasar scheint dynamisch von einem Magnetfeld dominiert zu werden, das intern an seinem zentralen, rotierenden supermassiven Kompaktobjekt verankert ist", erklärte Schild.
Weitere Belege für die Bedeutung des intern verankerten Magnetfelds des Quasars finden sich in umgebenden Strukturen. Zum Beispiel scheint der innere Bereich, der dem Quasar am nächsten liegt, von Material befreit worden zu sein. Der innere Rand der Akkretionsscheibe, der sich etwa 2.000 astronomische Einheiten vom zentralen kompakten Objekt entfernt befindet, ist bis zur Glühbirne erhitzt und leuchtet hell. Beide Effekte sind die physikalischen Signaturen eines wirbelnden internen Magnetfelds, das durch die Drehung des zentralen kompakten Objekts herumgezogen wird - ein Phänomen, das als „magnetischer Propellereffekt“ bezeichnet wird.
Beobachtungen deuten auch auf das Vorhandensein eines breiten kegelförmigen Abflusses aus der Akkretionsscheibe hin. Wenn es vom zentralen Quasar beleuchtet wird, leuchtet es in einem ringförmigen Umriss, der als Elvis-Struktur bekannt ist, nachdem Schilds CfA-Kollege Martin Elvis seine Existenz theoretisiert hat. Die überraschend große Winkelöffnung des beobachteten Abflusses lässt sich am besten durch den Einfluss eines intrinsischen Magnetfelds erklären, das in dem zentralen kompakten Objekt in diesem Quasar enthalten ist.
In Anbetracht dieser Beobachtungen haben Schild und seine Kollegen Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) und Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University) eine kontroverse Theorie vorgeschlagen, wonach das Magnetfeld eher dem zentralen, supermassiven kompakten Objekt des Quasars innewohnt als nur ein Teil der Akkretionsscheibe zu sein, wie von den meisten Forschern gedacht. Wenn dies bestätigt würde, würde diese Theorie zu einem revolutionären neuen Bild der Quasarstruktur führen.
"Unsere Erkenntnis stellt die akzeptierte Sicht auf Schwarze Löcher in Frage", sagte Leiter. „Wir haben ihnen sogar einen neuen Namen vorgeschlagen - Magnetospheric Eternally Collapsing Objects (MECOs), eine Variante des Namens, den der indische Astrophysiker Abhas Mitra 1998 erstmals geprägt hat.„ Astrophysiker vor 50 Jahren hatten keinen Zugang zum modernen Verständnis der Quantenelektrodynamik, die hinter unseren neuen Lösungen für Einsteins ursprüngliche Relativitätsgleichungen steht. “
Diese Forschung legt nahe, dass das zentrale kompakte Objekt des Quasars zusätzlich zu seiner Masse und seinem Spin physikalische Eigenschaften aufweist, die eher einem stark rotverschobenen, sich drehenden magnetischen Dipol ähneln als einem Schwarzen Loch. Aus diesem Grund verschwindet die meiste sich nähernde Materie nicht für immer, sondern spürt die motorisch rotierenden Magnetfelder und wird wieder herausgeschleudert. Nach dieser Theorie hat ein MECO keinen Ereignishorizont, sodass jede Materie, die durch den magnetischen Propeller gelangen kann, allmählich verlangsamt und an der stark rotverschobenen Oberfläche des MECO gestoppt wird, wobei nur ein schwaches Signal die Strahlung dieser Materie verbindet zu einem entfernten Beobachter. Dieses Signal ist sehr schwer zu beobachten und wurde von Q0957 + 561 nicht erkannt.
Diese Studie wurde in der Juli 2006-Ausgabe des Astronomical Journal veröffentlicht und ist online unter http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518 verfügbar.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: CfA-Pressemitteilung
